CN203883566U - 磁环结构及使用其的永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种磁环结构及使用其的永磁同步电机，该磁环结构包括粘性填充物、永磁材料、磁极，其特征在于：该磁环的磁极上表面形状为圆弧，磁极下表面形状为圆形，两极之间为所述粘性填充物，整体仍然是环形；磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线。该磁环结构的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

Description

磁环结构及使用其的永磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及一种永磁同步电机，更具体涉及一种优化形状的磁环结构以及使用其的永磁同步电机。

背景技术

为了产生较高强度的气隙磁场，永磁同步电机目前普遍使用性能较高的稀土永磁材料。对于小功率、小体积的永磁同步电机，励磁永磁体普遍采用多极环形永磁体，即磁环。多极环形永磁体是指在圆环外圆周或内圆周充以多对（≥2）磁极的磁体。图1展示的是一种最常见的5对极的径向充磁磁环，其特征是内外表面均为圆形，且为同心圆，圆环厚度均匀一致。对应的电机气隙磁通密度波形如图2所示。显而易见，气隙磁通密度波形正弦性较差，波形畸变严重，含有较为丰富的高次谐波。高次谐波不仅增加铁心损耗，而且引起电机的震动、噪声。此外，也降低电机的控制精度，导致电机的整体性能下降。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题而提出的，其主要目的在于产生较为正弦的气隙磁通密度波形。本实用新型提出一种优化形状的磁环结构及使用其的永磁同步电机。该磁环的永磁体磁极连接为一个整体，磁极的上表面形状为圆弧，下表面形状为圆形，两极之间为粘性填充物，整体仍然是环形，该磁环直接热套在转子轴上。该磁环结构的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

本实用新型的第一方面提供了一种磁环结构，包括粘性填充物、永磁材料、磁极，其特征在于：该磁环的磁极上表面形状为圆弧，磁极下表面形状为圆形，两极之间为所述粘性填充物，整体仍然是环形；磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线。

优选的，所述每个磁极占有的空间机械角度：θ=360°/M，其中，M为磁极数。

优选的，该磁环磁极的充磁部分的机械角度为θ₁，该磁环磁极的非充磁部分的机械角度为θ₂，其中，θ₁和θ₂之间的关系为：θ₁=(0.75～0.9)θ，θ₂=θ-θ₁。

优选的，当该磁环结构用于M=10、N=12的永磁同步电机，所述θ₁=31°、θ₂=5°。

优选的，磁环磁极厚度最大值为h_Max，最小值为h_Min，则最大值和最小值之间关系为：h_Min=(0.4～0.0.65)h_max。

优选的，磁环磁极厚度最大值和最小值的关系为：h_Min=0.54h_max。

优选的，基于θ₁、h_Max和h_Min来确定磁环磁极外圆弧半径。

优选的，非充磁的永磁材料的表面形状是平面结构。

优选的，所述磁环的磁极的充磁方式为平行充磁或径向充磁。

优选的，磁极最大厚度处粘性填充物厚度为0.1～1mm，优选的，0.3mm。

本实用新型的第二方面，提供了一种永磁同步电机，包括：电机绕组、电机定子铁芯和转子，其特征在于，该电机还包括上述磁环结构。

优选的，采用热套的工艺，将磁环结构直接安装在转子上。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：该磁环的设计用于产生近似正弦形状分布的气隙磁场，降低或消除高次谐波，提高电机的整体性能。

附图说明

图1是---现有技术中的磁环结构示意图。

图2是---现有技术中的电机气隙磁通密度波形图。

图3是---现有技术中的电机气隙磁通密度波形的谐波幅值。

图4是---本实用新型的实施例磁环2-D示意图。

图5是---本实用新型的实施例磁环3-D结构示意图。

图6是---本实用新型磁环的磁极平行充磁示意图。

图7是---本实用新型磁环的磁极径向充磁示意图。

图8是---本实用新型实施例电机的气隙磁通密度波形图。

图9是---本实用新型实施例电机的气隙磁通密度波形的谐波幅值。

图10是---本实用新型实施例永磁同步电机示意剖面图。

附图标记说明：

1-常规磁环；2-常规磁环N极；3-常规磁环S极；4-磁环；5-磁环粘性填充物；6-磁环N极；7-磁环S极；8-永磁同步电机；9-永磁同步电机绕组；10-永磁同步电机定子铁芯；11-永磁同步电机的转子。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面参照附图具体说明根据本实用新型实施方式的永磁同步电机，本实用新型的实施方式不限于以下示例的实施方式。

根据本实用新型实施方式，磁环具有在图4和图5中示意的两部分材料：粘性填充物5和永磁材料6。

将永磁同步电机的磁极数设为M，定子槽数N，参考例和实施例均为磁极数M=10、N=12。每极占有的空间机械角度：

设本实用新型磁环磁极充磁部分的机械角度为θ₁，磁极非充磁部分的机械角度为θ₂，如图4所示。一般情况下θ₁=(0.75～0.9)θ，θ₂=θ-θ₁。针对M=10、N=12永磁同步电机，优选的，θ₁=31°、θ₂=5°。

磁环磁极厚度最大值为h_Max，最小值为h_Min，则最大值和最小值之间关系为：h_Min=(0.4～0.0.65)h_max，h_Min=0.54h_max。

基于θ₁、h_Max和h_Min来确定磁环磁极外圆弧半径，圆弧的弧度角即为θ₁。

本实用新型磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料。这部分永磁材料的表面形状可以按下面方式实现。连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线，所占机械角度为θ₂，如图4所示。将图4展示的2-D结构，沿轴向拉伸，形成3-D结构，如图5所示。非充磁的永磁材料的表面形状是平面。但非充磁永磁材料的表面形状的实现方式不局限上述方式，对于适当变更形成形状，仍然属于本实用新型的范围之内。

本实用新型磁环的磁极的充磁方式主要有两种，平行充磁和径向充磁，如图6和图7所示。优选的，平行充磁。

为了增强本实用新型磁环的机械强度，在磁极之间以及磁极表面覆盖一层粘性填充物5，如图4和图5所示。磁极最大厚度处粘性填充物厚度为0.1～1mm，实施例，优选的0.3mm。

对粘性填充物5进行加工处理，保证最后形成的磁环外表面仍然是一个圆形，如图4所示。

本实用新型实施例的永磁同步电机如图10所示。主要部分包括：磁环4、电机绕组9、电机定子铁芯10和转子11。

实施例中永磁同步电机的转子11只包含轴，对于含有转子铁芯的适当变更的转子机构仍然属于本实用新型的范围内。

优选的，采用热套的工艺，将磁环4直接安装在转子11上。

实施例中永磁同步电机磁极数M=10、定子槽数N=12，对于适当变更磁极数M和定子槽数，基于上述方式形成的永磁同步电机，其仍然属于本实用新型的范围之内。

以上，对本实用新型的实施方式进行了简要说明，但如果是所谓的本领域的技术人员，在不脱离本实用新型重要内容的范围内，可以对本实用新型的上述实施方式进行适当变更，而且也可以适当组合利用基于上述实施方式和变更例的方法。换句话说，即使是这样的加以变更等的技术也包含在本实用新型的范围内。

Claims (10)

1.一种磁环结构，包括粘性填充物、永磁材料、磁极，其特征在于：

该磁环的磁极上表面形状为圆弧，磁极下表面形状为圆形，两极之间为所述粘性填充物，整体仍然是环形；磁环的相邻两个磁极之间为非充磁的永磁材料，连接相邻两个磁极的最小厚度处形成一条直线。

2.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于：

每个磁极占有的空间机械角度：

θ=360°/M，其中，M为磁极。

3.如权利要求2所述的磁环结构，其特征在于：

该磁环磁极的充磁部分的机械角度为θ¹，该磁环磁极的非充磁部分的机械角度为θ₂，其中，θ₁和θ₂之间的关系为：θ₁=(0.75～0.9)θ，θ₂=θ-θ₁。

4.如权利要求3所述的磁环结构，其特征在于：

当该磁环结构用于M=10、N=12的永磁同步电机，所述θ₁=31°、θ₂=5°。

5.如权利要求1-4中任一所述的磁环结构，其特征在于：

所述磁极厚度的最大值为h_Max，磁极厚度的最小值为h_Min，则最大值和最小值之间关系为：h_Min=(0.4～0.0.65)h_max。

6.如权利要求5所述的磁环结构，其特征在于：

所述磁极厚度最大值和最小值的关系为：h_Min=0.54h_max。

7.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于：

非充磁的永磁材料的表面形状是平面结构。

8.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于：

所述磁环的磁极的充磁方式为平行充磁或径向充磁。

9.如权利要求1所述的磁环结构，其特征在于：

磁极最大厚度处粘性填充物厚度为0.1～1mm。

10.一种永磁同步电机，包括：电机绕组、电机定子铁芯和转子，其特征在于，该电机还包括上述权利要求1-9中任一所述的磁环结构。